CN106102969A - 熔融铬铁的造粒 - Google Patents

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Abstract

发明涉及通过熔体造粒而制造铬铁的方法，其包括提供铬铁熔体的步骤，所述铬铁熔体包含(wt.％)：C：1‑9；Cr：25‑70和Si：≤2.0。所述方法包括如下步骤：将所述熔体进料至分配单元，通过使熔体在容纳于冷却罐中的冷却水的上方和/或内部解碎而对所述熔体进行造粒，使解碎的熔体在冷却水的内部凝固，从而获得具有在12‑50mm范围内的平均尺寸的粒状铬铁材料，其中具有小于4mm尺寸的微粒的量限制至7％。

Description

熔融铬铁的造粒
技术领域
发明涉及制造用于钢和铁熔体的合金化的具有改善的尺寸分布和改善的性质的粒状铬铁(granulated ferrochromium)的方法。
背景技术
在水中金属造粒(金属粒化，metal granulation)是早已确立的用于将液体金属快速凝固成中等尺寸的产物形式的方法。已经开发出用于直接制造钢工业用的即用材料(具体地，粗铁、镍铁和铬铁)的工艺。该方法公开于EP 402 665和US 3 888 956中。将熔融金属从中间包(中间罐，tundish)引导至耐火目标(target)。所述金属撞击所述目标、分裂、且放射状地分配到罐中的冷却水。液滴在罐中凝固且从所述罐的底部收取。颗粒(粒料，granule)的尺寸取决于若干因素例如熔体组成和冲击条件。获得的主要级分落在5-25mm的尺寸范围内。然而，定义成具有≤8mm最大维度的颗粒的细粒(碎屑，fines)的量可高至20％。
尽管通过以上提到的方法获得的粒度(grain size)容许颗粒状(granular)金属在钢熔体中快速溶解，但是存在这样的缺点：调节平均粒度和粒度分布的可能性有限。
SE 439 783B公开了通过如下制造水冲(water blast)高碳铬铁颗粒的方法：使熔融FeCr的物流落下到水浴中，在该水浴中借助于位于水浴表面紧下方的集中的水射流(concentrated water jet)使所述物流分裂成颗粒。丸粒(shot)在尺寸上为2-20mm且是不规则形状的。
US 6287362公开了通过将熔融金属物流引入到水的物流中而制造具有20-100mm特征维度的铁合金例如铬铁的金属团块的方法。与该方法相关的缺点是粗材料的长溶解时间和宽粒径(particle size)分布。
发明内容
本发明的总体目的是提供用于钢和铁熔体的合金化的具有改善性质的粒状铬铁材料。具体目的是提供当用于合金化时导致时间和能量节约的铬铁材料，具体地，它应该在电弧炉(EAF)中导致更好的性能。
另一个目的是提供用于制造这样的改善的粒状铬铁材料的方法。具体地，应该可获得容许将材料添加到熔体时快速溶解和/或熔融的平均尺寸。
该目的和其它目的借助于独立权利要求中所定义的方法和产品实现。
发明的进一步有利的实施方式在从属权利要求中规定。
根据发明，可调节铬铁的组成以具有接近于低共熔混合物(eutectic)的组成，使得可将铬铁的熔融温度调节至例如1400-1450℃，其低于向其添加合金的钢熔体的温度。结果，可缩短所述熔体均化的时间。
根据发明的优选实施方式，在旋转分配器的帮助下进行造粒，所述旋转分配器包括上部进口开口、侧壁、底部和在侧壁的下端的至少一排开口，其中所述侧壁中的开口在最小维度上具有至少5mm的尺寸。
发明定义在权利要求中。
附图说明
图1公开了在实施例中获得的铬铁颗粒的尺寸分布。
具体实施方式
本发明提供具有在12-50mm范围内的平均尺寸的粒状铬铁材料，其中具有小于4mm尺寸的细粒的量限制至≤7％、优选≤5％、更优选≤3％、最优选≤1.5。该材料是硬的且具有尖锐的外观。它是具有均匀组成的单相材料。它具有少量细粒且因此对于自动化处理是理想的。
可根据需要调节所述材料的组成。<0.5％的Si含量导致对于造渣剂的较少需要和较少的炉渣(slag)形成。Si含量可减少至0.01％。通过调节碳和铬的含量可将熔融温度降低至例如1400-1450℃。在EAF炼钢中，所添加的铬铁在熔化(meltdown)期间熔融，其导致缩短的加工时间和钢熔体改善的化学均匀性。
所述粒状铬铁材料的制造设备包括：
a)容纳冷却液的冷却罐，
b)用于将液体材料进料到旋转分配器的手段，
c)位于冷却罐上方的旋转分配器，
d)所述旋转分配器包括上部进口开口、侧壁、底部和在侧壁的下端处的至少一排开口，其中所述侧壁中的开口在最小维度上具有至少5mm的尺寸。
用于将液体材料进料到旋转分配器的手段位于所述罐的上方；优选地，所述罐设置有圆柱形侧壁，且所述进料手段位于所述圆柱形侧壁的中心线处。所述分配器可由耐火材料如氧化铝、氧化镁或白云石制成。旋转分配器可包括具有附着于其的细长喷嘴的中间包，其中所述喷嘴的基本设计类似于用于连续浇铸钢的浸入式喷嘴的设计。进料手段位于所述圆柱形侧壁的中心线处，旋转分配器包括圆形中间包和在中心附着于其的细长喷嘴。所述细长喷嘴在一排上具有不超过4个具有10-20mm直径的圆形开口，任选地设置有用于向中间包供应受控量的液体材料的中间接收器或斜槽。
另一可行方案是旋转分配器包括附着于设置在所述罐内的旋转手段的锅(pot)，旋转锅具有圆柱形侧壁，和优选地，在侧壁中的仅一排开口，以及任选地，环形顶部法兰(凸缘)。用于将液体材料进料到旋转分配器的手段可位于所述罐的上方，所述罐可设置有圆柱形侧壁。
所述设备可设置有中间包用称重系统，其自动控制中间包中的水平，以保持恒定的液柱头(液压头，liquid head)且由此恒定的通过喷嘴的流速。替代地，自动控制系统可包括光学传感器或电磁传感器。
通过使液体金属或炉渣解碎(disintegrate)而制造粒状材料的方法包括如下步骤：
a)提供具有如权利要求中限定的组成的铬铁熔体，
b)将熔融的铬铁材料进料到旋转分配器，
c)使熔融的材料在冷却液的上方和/或内部解碎且形成至少部分凝固的颗粒，
d)使解碎的熔体在冷却水的内部凝固，
e)从冷却罐的底部收取粒状材料。
通过该方法获得了具有在12-50mm范围内的平均尺寸的粒状铬铁材料，其中具有小于4mm尺寸的细粒的量限制至总重量的≤7％、优选≤5％、更优选≤3％。优选地，具有≥16mm尺寸的颗粒的量为总重量的≥40％、优选≥45％。
在优选的实施方式中，粒状材料的制造方法包括下列特征的至少一个：
-以1-50rpm的速度旋转所述分配器。低旋转速度容易控制，且它似乎对熔融物流的限制具有积极影响。另一方面，如果出口的数量少，则由于散热的原因，较高的旋转速度是优选的。因此，对于所主张的范围，旋转速度可自由地限定，例如2-6rpm、4-12rpm或8-20。
-以0.5-10吨/分钟、优选1-5吨/分钟的速率进料熔融材料。这些进料速率可在高生产量工厂中应用。然而，对于小型单元和对于中试工厂应用，较低的进料速率是可行的。
-使冷却水在所述罐中循环，优选地以相对于旋转手段相同或相反的方向进行。通过控制冷却水在所述罐中的循环，可保证均匀的冷却。在与来自旋转分配器的物流相反方向上的水物流导致较高的冷却速率，但是也导致在液体界面处的较高的拖曳力。因此，通过控制冷却水的方向和速度可部分地影响颗粒的几何形式。
-将所述罐中的冷却水到旋转分配器中的开口之间的高度距离调节至0.1-1.5m。可使用该设计参数调节从分配器至其中熔融物流撞到冷却液的环形区域的径向距离，如EP402 665中所讨论的。
-通过控制来自用于将液体材料进料到旋转分配器的手段的流量(flow)而控制在中间包和/或在旋转分配器中的熔体水平。这样做是为了控制液柱头和由此也控制通过喷嘴的液体流量。
-通过控制在中间包和/或在旋转分配器中的熔体的水平而控制造粒速率。这是常规方法，因为提高的液柱头导致较高的通过喷嘴的流量。
-通过使用水和空气喷射器从所述罐的下端排出而收取凝固的铬铁颗粒。该方法公开于WO2009/157857中且被认为是最合适的方法。然而，也可使用用于收取粒状材料的其它方法。
如本领域技术人员将理解的，发明不应视为受到以上描述的实施方式的限制，而是可在权利要求的范围内变化。
实施例
在下列实施例中，公开了根据发明获得的结果。通过混合FeCr和废钢，在300kg感应炉中熔融铬铁合金。通过使用出钢槽将熔体供应到中间包。出钢温度为1660-1680℃。将中间包中的熔体水平人工控制至300-400mm。在完全造粒之后，将颗粒从罐除去、干燥、和进行筛分。筛网具有对应的正方形开口。所使用的尺寸类别为<4mm、4-8mm、8-12mm、12-16mm、16-25mm和>25mm。结果以总重量的％给出。
在所述实施例中，报道了来自六次试验(C210-C215)的结果。
所述铬铁包含68.7％的Cr、5.8％的C和0.69％的Si、0.15％的Mn、除杂质之外余量的铁。
使用两种不同的旋转速度。试验C210、C212和C214在4.7rpm下进行，且试验C211、C213和C215在10.6rpm下进行以保证均匀散热。
附着于中间包的喷嘴具有一个开口，其在全部试验中向下10°导向。对于试验C210和C211，使用24mm的直径。对于试验C212和D213。使用29x16mm矩形开口。对于试验C214和C215，使用39x10mm矩形开口。
所获得的铬铁颗粒的尺寸分布公开于图1中。
图1揭示了所述尺寸分布是优异的，因为细粒(<4mm)的量非常低，在全部情形下均低于2％。平均尺寸高度异常高的。大于40％的颗粒具有大于16mm的尺寸。
在所述图中，在纵轴上公开了每次试验所获得的分数，且在横轴上公开了<4mm、4-8mm、8-12mm、12-16mm、16-25mm和>25mm的尺寸类别。
可根据需要调节所述铬铁的组成。可通过调节碳和铬含量将熔融温度降低至1400-1450℃。用于此意图的典型的组成为55％的Cr、3.8％的C和<0.3％的Si。该材料比常规的铬铁熔融快，且导致更短的加工时间和更低的出钢温度。因此，它导致时间和能源节约以及改善的生产率和更可靠的工艺。

Claims (10)

1.通过熔体造粒而制造铬铁的方法，其包括如下步骤：
提供具有以重量％(wt.％)计的下列组成的铬铁熔体：
C 1-9
Cr 25-70
Si ≤2.0
Fe 除不大于3％的其它元素之外的余量，
将所述熔体进料至分配单元，其中所述分配单元包括位于冷却水上方的旋转分配器，且其中所述旋转分配器包括上部进口开口、侧壁、底部和在所述侧壁的下端的至少一排开口，其中所述侧壁中的开口在最小维度上具有至少5mm的尺寸，
通过使所述熔体在容纳于冷却罐中的冷却水的上方和/或内部解碎而对所述熔体进行造粒，
使解碎的熔体在所述冷却水的内部凝固，
从而获得具有在12-50mm范围内的平均尺寸的粒状铬铁材料，其中具有小于4mm尺寸的细粒的量限制至≤7％。
2.根据权利要求1的方法，其中所述方法包括下列特征的至少一个：
-将熔融铬铁的至少一个物流分配到冷却罐中的冷却液，
-以1-50rpm的速度旋转所述分配器，
-以0.5-10吨/分钟、优选1-5吨/分钟的速率进料熔融材料，
-使冷却水在所述罐中循环，优选以相对于旋转手段相同或相反的方向进行，
-将所述罐中的冷却水到所述旋转分配器中的开口之间的高度距离调节至0.1-1.5m
-通过控制液体材料去往旋转分配器的流量而控制所述旋转分配器中的熔体水平，
-通过控制所述旋转分配器中的熔体水平而控制造粒速率，
-通过使用水和空气喷射器将凝固的颗粒从所述罐的下端排出而收取它们，
-通过控制所述旋转分配器中的液体铬铁的水平而控制造粒速率。
3.根据前述权利要求中任一项的方法，其满足下列要求(wt.％)的至少一个：
C 2-5、优选3.5-4，
Cr 45-60、优选52-58，
Si ≤1.0、优选≤0.5，
和其它元素的量≤1％。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其满足下列要求(wt.％)的至少一个：
C 3.5-4，优选3.7-3.9，
Cr 53-57，优选54-56，
Si ≤0.15，优选0.01-0.10，
和其它元素的量≤0.5、优选≤0.1。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其满足下列要求的至少一个：
-在12-25mm范围内的粒状铬铁的平均尺寸，
-≤5％的具有小于4mm尺寸的细粒，
-≥4％的具有≥25mm尺寸的颗粒，
-在1300-1500℃、优选1400-1450℃范围内的铬铁的熔融温度，
-其它元素的量限制至杂质含量。
6.根据权利要求1-3或5中任一项的方法，包括下列特征：所述铬铁熔体具有如下组成(以wt.％计)：
C 4-5
Cr 53-57
Si ≤0.5。
7.能通过前述权利要求中的任一项获得的粒状铬铁材料，其中所述材料具有下列组成(wt.％)：
C 1-9
Cr 25-70
Si ≤2.0
Fe 除不大于3％的其它元素之外的余量，
和在12-50mm范围内的平均尺寸，其中具有小于4mm尺寸的细粒的量限制至≤7％。
8.根据权利要求7的粒状铬铁材料，其中所述材料满足下列要求(wt.％)的至少一个：
C 1-7
Cr 25-70
Si ≤2.0
Fe 除不大于1％的其它元素之外的余量，
和在12-50mm范围内的平均尺寸，其中具有小于4mm尺寸的细粒的量限制至≤5％、优选≤3％。
9.根据权利要求7的粒状铬铁材料，其中所述材料满足下列要求(wt.％)的至少一个：
C 2-5、优选3.5-4，
Cr 45-60、优选52-58，
Si ≤1.0、优选≤0.5，
其它元素≤1、优选≤0.5，
-在12-25mm范围内的粒状铬铁的平均尺寸，
-≤5％的具有小于4mm尺寸的细粒，
-≥4％的具有≥25mm尺寸的颗粒，
-在1300-1500℃、优选1400-1450℃范围内的铬铁的熔融温度，
-其它元素的量限制至杂质含量。
10.根据权利要求7的粒状铬铁材料，其中所述材料满足下列要求(wt.％)的至少一个：
C 4-5
Cr 53-57
Si ≤0.5
其它元素≤1、优选≤0.5，
-在12-25mm范围内的粒状铬铁的平均尺寸，
-≤5％的具有小于4mm尺寸的细粒，
-≥4％的具有≥25mm尺寸的颗粒，
-在1300-1500℃、优选1400-1450℃范围内的铬铁的熔融温度，
-其它元素的量限制至杂质含量。
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